Descoperirea științifică a faptului că virușii se deplasează frecvent și neașteptat de la specii la specii schimbă înțelegerea istoriei lor evolutive și ar putea avea consecințe alarmante sub formă de boli noi.
Când se formează specii noi, de unde provin virusurile lor? Virusurile, care nu sunt altceva decât o efectiv de material genetic care pășește liber, au nevoie disperată de structurile și resursele celulare ale gazdelor pentru a se reproduce din nou. Un virus fără gazdă nu este nimic.
Din cauza acestei dependențe, unii viruși rămân loiali gazdelor lor pe parcursul evoluției, mutând și schimbându-se ușor de fiecare dată când gazda se transformă într-o nouă specie. Acest proces se numește co-divergență. Oamenii și cimpanzeii, de exemplu, au virusuri hepatitei B ușor diferite, ambele fiind mutate cel mai probabil de versiunea care a infectat strămoșul comun al omului și maimuțele cu mai mult de patru milioane de ani în urmă.
O altă opțiune, numită tranziție interspecifică, apare atunci când virusul migrează către un tip de gazdă complet nou, care nu are nicio legătură cu cea anterioară. Acest tip de evoluție virală este asociat cu boli grave noi, precum gripa aviară, HIV, Ebola și SARS. Și întrucât astfel de boli sunt extrem de periculoase, avem noroc că tranziția dintre specii este o întâmplare destul de rară.
Cu toate acestea, recent, când oamenii de știință din Australia au efectuat primul studiu privind evoluția pe termen lung a mii de viruși diferiți, au ajuns la concluzia uluitoare că tranziția dintre specii este mult mai importantă și apare mult mai des decât ne-am imaginat. Schimbarea speciilor este forța motrice a majorității neoplasmelor evolutive majore la virusuri. Între timp, co-divergența este mai puțin răspândită decât ne-am așteptat și provoacă în principal modificări treptate.
„Au arătat foarte convingător că co-divergența este excepția și nu regula”, a spus biologul evoluționist Pleuni Pennings, profesor asistent la Universitatea din San Francisco și care nu este implicat în studiul australian.
Aceste constatări nu înseamnă în niciun caz că noile boli care decurg din tranziția între specii sunt o amenințare mai gravă și iminentă decât medicamentul presupus. Cu toate acestea, ei arată că dinamica evolutivă a virusurilor poate fi surprinzător de complexă. Dacă oamenii de știință au subestimat frecvența tranziției virușilor la noile gazde, atunci în acest caz, devine o prioritate foarte importantă studierea carei viruși sunt cei mai susceptibili la acest lucru.
Există multe motive pentru care salturile între specii nu vor avea un impact semnificativ asupra evoluției virusurilor. Obstacolele care împiedică trecerea cu succes a unui virus la o gazdă dintr-o altă specie sunt foarte grave și formidabile. Dacă virusul nu este capabil să manipuleze materialul genetic al gazdei și să se reproducă, atunci acesta este un punct neîmplinit, capătul unei ramuri. Virusul poate avea nevoie de multe încercări de a infecta o nouă gazdă, pe care o face de zeci de ani sau chiar mai mult, acumulând mutații corespunzătoare în acest timp. El face asta până se afirmă și începe să se înmulțească și să se răspândească.
Video promotional:
Primăvara trecută, de exemplu, un grup de biologi și cercetători biomedicali, condus de Susan VandeWoude, profesoară de medicină comparată la Universitatea din Colorado, a oferit un exemplu despre ceea ce s-ar putea numi tranziție incompletă între specii. Vandewood cercetează lentivirusurile. Acesta este tipul de retrovirus din care face parte HIV. Purtătorii săi sunt cougars și linci roșii din America de Nord. Profesorul, împreună cu echipa ei de cercetare, au găsit în mod constant un anumit lentivirus al linxului roșu într-un cougar din California și Florida. Dar de fiecare dată, datele genetice au indicat că acest virus a apărut ca urmare a contactului unui cougar cu un linx infectat, să zicem, când puma a mâncat un linx, și nu dintr-un alt pui infectat care l-a răspândit. Concentrația virusului în puma a fost de asemenea scăzută, ceea ce indică faptul căcă virusul este dificil de reprodus.
Pe scurt, virusul a intrat într-o nouă gazdă felină, dar organismul gazdei nu a fost foarte potrivit pentru parazit și nu s-a putut stabili corect cu acesta. „În multe dintre tranziții, nu a existat nicio dovadă că noul virus se înmulțea în cougars”, notează Vandewood. (În schimb, echipa lui Vandewood a descoperit că o anumită formă a virusului lynx a migrat în panterele din Florida, ceea ce a transmis varianta pe care o adaptaseră.) Deoarece tranzițiile lentivirusului de la o specie felină la alta se întâmplă atât de des, acesta poate muta destul de puternic în timp, după care cougarul va deveni un habitat potrivit pentru el. Dar până acum acest lucru nu s-a întâmplat, deși au existat o mulțime de astfel de oportunități.
Mai mult, atunci când virușii sar cu succes de la o specie la alta, pot deveni victime ale propriului succes. Acest lucru se aplică în primul rând pentru populațiile mici izolate (așa s-au născut noi specii). Virusurile periculoase pot distruge foarte rapid gazdele disponibile, după care dispar singure.
Din acest motiv, virologii pot spune cu un grad ridicat de încredere că, chiar dacă interspecii sări peste un interval de timp larg apar frecvent, co-divergența dintre viruși și gazdele lor poate fi norma. Dar există puține dovezi experimentale care să susțină această presupunere. „Co-divergența ideală este unul dintre acele fenomene despre care puteți afla. Dar dacă încercați să găsiți exemple bune de acest tip de co-divergență, se dovedește că acestea sunt foarte, foarte rare”, spune Pennings.
Profesorul de biologie la Universitatea din Sydney, Edward Holmes, și colegii săi australieni au decis să rezolve acest mister. Folosind date despre genomul viral, au reconstruit istoria evolutivă a 19 familii virale majore, fiecare conținând de la 23 la 142 de viruși care locuiesc într-o varietate de gazde, de la mamifere la pești și plante. Au creat scheme filogenetice (evolutive) pentru familiile de virusuri și pentru speciile gazdă, apoi le-au comparat. Oamenii de știință au motivat după cum urmează: dacă un virus co-deviază practic cu gazda sa, evoluând cu acesta, atunci în acest caz schema filogenetică a virusului ar trebui să fie similară cu schema gazdei sale, deoarece strămoșii virusului trebuie să fi infectat strămoșii gazdei. Dar dacă virusul sare de la gazdă la gazdă,tiparele evolutive ale gazdelor și virusurilor vor arăta diferit. Cât de diferit este? Depinde de numărul de tranziții între specii.
În activitatea lor, publicată în jurnalul PLOS Pathogens, ei au raportat că în toate cele 19 familii de viruși, tranzițiile între specii erau răspândite. Holmes a spus că nu a fost de mirare pentru el că fiecare familie virală studiată ar părea că face salturi între specii. Dar a fost surprins de cât de des au făcut astfel de salturi de-a lungul istoriei lor. „Toți o fac”, a spus Holmes. „Și acesta este ceva ieșit din comun”.
Referindu-se la întrebarea de ce oamenii de știință nu au realizat anterior cât de importante sunt tranzițiile interspecifice pentru evoluția virusului, Holmes a explicat că, în trecut, autorii de studii filogenetice au considerat adesea problema prea restrânsă, studiind un număr destul de mic de specii gazdă și viruși și o făceau într-un interval de timp mic. … În 10 sau 20 de ani, este posibil să nu faceți un salt între interspecie. "Și într-un milion de ani s-a întâmplat cu siguranță", a spus Holmes.
Abordarea sa inovatoare „oferă o privire asupra relației pe termen lung între gazde și viruși”, a declarat John Denn, profesor asociat de biologie la Queens College.
Înțelegerea modului și a motivului pentru care au loc tranzițiile dintre specii a fost ajutată de observația Holmes și colegii săi de viruși ARN (care utilizează ARN ca material genetic). Ei au ajuns la concluzia că astfel de virusuri încrucișează mult mai frecvent decât virusurile ADN (care utilizează ADN). "Acest lucru se datorează probabil faptului că au o rată de mutație mai mare", a spus Vandewood. Cu o combinație între un genom mai mic și o rată de mutație mai mare, virusul ARN are o șansă mai bună de adaptare la mediul noii gazde.
În plus, Holmes explică această tendință prin diferitele cicluri de viață ale virusurilor ARN și ADN. Infecțiile cu participarea virusurilor ARN sunt adesea dificile, dar sunt de scurtă durată, adică boala vine și merge destul de repede, cum este cazul gripei sau a răcelii obișnuite. Această tranziție duce la faptul că virusul poate rata ocazia de a deveni parte a speciilor gazdă emergente. „Într-un virus periculos, efectul dăunător durează zile sau săptămâni”, spune Holmes. „Și, în medie, co-divergența în astfel de cazuri este rară. Doar că virusul dispare destul de repede.
Dar infecțiile care implică virusul ADN sunt adesea cronice. Atunci când o parte din populația gazdă se abate de la forma tipică pentru a crea o nouă specie, este mai probabil să ia virusul cu el, deoarece multe alte gazde sunt infectate. Astfel, crește probabilitatea co-divergenței dintre virus și noua sa gazdă.
Stilul de viață al gazdei joacă, de asemenea, un rol în tranziția virușilor și în co-divergența acestor salturi între specii. „Știm că dimensiunea și densitatea populației gazdă sunt foarte importante, iar factorul determină câți viruși poartă”, spune Holmes. El citează liliecii ca exemplu. Liliecii tind să poarte un număr mare de viruși diferiți, dar acest lucru se datorează în parte faptului că există un număr foarte mare de lilieci. Astfel de populații mari sunt mai susceptibile să prindă virusul. „Există o regulă de mediu foarte simplă: cu cât sunt mai multe gazde, cu atât mai mult pot fi transportați viruși”, notează Holmes. „Doar că virusul are șanse mai mari de a găsi o gazdă vulnerabilă”.
În 1975, Francis L. Black de la Universitatea Yale a scris o lucrare de cercetare care a furnizat o înțelegere în profunzime a modului în care dinamica populației gazdă afectează bolile umane. După ce au studiat comunitățile destul de izolate și mici ale aborigenilor amazonieni, oamenii de știință au descoperit că infecțiile virale cronice la acești oameni apar destul de des, dar infecțiile acute sunt în majoritate absente. Izolarea protejează aceste triburi de viruși noi. Cei puțini viruși periculoși care au ajuns totuși în comunitățile indigene au dispărut curând. Au avut puține gazde pentru a supraviețui și, prin urmare, virușii au dispărut destul de repede.
Constatarea că tranzițiile interspecifice apar frecvent pot cauza îngrijorări considerabile, deoarece sunt asociate cu noi boli periculoase. În trecut, au fost multe salturi și s-au întâmplat frecvent. Deci, ce viitor are pentru noi în stoc - la fel, dar în cantități mari?
Nu este necesar. „Statisticile tranzițiilor între specii din trecut nu prezic întotdeauna cu exactitate viitorul, mai ales când vine vorba de oameni”, spune Pennings. Stilul nostru de viață de astăzi este, de asemenea, diferit de modul în care oamenii trăiau doar cu câteva secole în urmă și, prin urmare, riscul de a contracta noi boli pare să fie diferit pentru noi.
O persoană este, de asemenea, un purtător al unui număr mare de viruși. Populațiile noastre sunt prea mari și suntem incredibil de mobili, ceea ce înseamnă că transmitem destul de ușor și pur și simplu viruși noilor gazde sensibile. „Facem multe lucruri care cresc șansele de transmitere a virusului. Ne place să ne băgăm nasul în locuri unde nu ar trebui să mergem, ne asumăm riscuri prea des, mâncăm ceea ce nu ar trebui să mâncăm”, spune Vandewood. „Probabil suntem cei mai răi infractori ai regulilor și, de aceea, cel mai adesea devenim obiecte ale salturilor între specii - pur și simplu pentru că uneori comitem fapte nebunești.”
Astfel de acte nebunești duc adesea la coliziuni cu alte specii. Cu cât facem acest lucru mai des, cu atât suntem mai expuși la noi virusuri. Speciile cu care intrăm în contact cel mai adesea ne pun în pericol. „Suntem mai probabil să ne infectăm cu ceva de la șoareci decât de la tigri”, spune Pennings.
Cu toate acestea, cercetările ulterioare asupra istoriei evoluției virusurilor vor ajuta oamenii de știință să înțeleagă dacă există specii cărora ar trebui să le acordăm mai multă atenție ca surse de noi infecții. (Epidemiologii monitorizează deja îndeaproape virusurile transmise de la păsări de curte către oameni, deoarece se tem de gripa aviară.) Virusii din plante, pești și mamifere sunt probabil la fel de periculoși pentru oameni. Este la fel de posibil ca, în cercetarea de a prezice următoarea epidemie, oamenii de știință să-și limiteze atenția la câteva grupuri cu risc ridicat.
Holmes are un punct de vedere diferit. „Nu cred că prognozele în acest caz pot fi eficiente”, spune el. „Am înțeles de ce se face acest lucru, dar numărul de viruși noi pe care îi detectăm este imens și, prin urmare, prognozele în acest caz sunt pur și simplu improprii”.
Din fericire, acest tip de analiză a devenit mai ușor odată cu apariția și dezvoltarea metagenomicii, așa cum se numește ramura genomică, care studiază nu genomul unui organism individual, ci totalitatea informațiilor genomice obținute din mediul înconjurător. Ca parte a unei astfel de cercetări, Holmes și colegii lor selectează secvențe genomice dintr-o varietate de baze de date disponibile. Nu au nevoie de eșantioane fizice de viruși, iar aceasta în sine este o inovație în domeniul cercetării. Virologia se muta intr-o noua etapa in care metagenomica poate fi folosita pentru a proba masiv pentru a vedea ce este acolo, spune Holmes.
El a remarcat, de asemenea, că noi informații despre viruși sunt mai disponibile astăzi și, prin urmare, schemele filogenetice create de el și colegii săi în viitorul apropiat vor suferi modificări majore. „În trei ani, aceste scheme vor fi mult mai complete, pentru că vom găsi atât de multe probe noi ale acestor viruși”, promite Holmes.
Mallory Locklear
